Studie Biologického institutu: „Enzymové rodiny – společná evoluční historie, nebo společný plán?“
(Z www.evolutionnews.org/2015 přeložil Pavel Kábrt – 02/2015.)
Mám radost, že mohu ohlásit vydání studie Biologického institutu. Biologický institut je výzkumná organizace zaměřená na zkoumání hranic neřízené evoluce a posouvá pokrok nového biologického paradigma, které je založeno na inteligentním plánu.
Tato studie “Enzyme Families — Shared Evolutionary History or Shared Design? A Study of the GABA-Aminotransferase Family” je závěrečnou kapitolou našeho dlouhodobého studia bakteriálních enzymů, které mělo zjistit, zda nové enzymy mohou být použity k novým funkcím. Odpověď na tuto otázku je důležitá pro debatu o evoluci. Pokud nelze na nové enzymy kooptovat ryze nové funkce pomocí neřízených prostředků, ať už jsou tyto nové enzymy jakkoli podobné, evoluční příběh je falešný.
Studie, jejímiž autory jsou Marci Reevese, Doug Axe a já, vyšla v časopise BIO-Complexity.
V předchozí studii jsme popsali obtíže při kooptaci enzymu Kbl pro funkci BioF. Oba tyto enzymy jsou velmi podobné co do struktury (viz níže), ale mají rozdílné chemické reakce a rozdílně v buňce fungují. Chtěli jsme vědět, jestli zmutovaný Kbl může nahradit funkci BioF. Když jsme změnili téměř každou aminokyselinu v aktivním místě Kbl (to jsou místa, kde dochází k chemickým reakcím), aby Kbl vypadal jako BioF, Kbl nebyl nikdy schopen vytvořit spínač funkce BioF.
(A) Biof dimer; (B) Kbl dimer; (C) páteře obou enzymů uspořádané proti sobě; (D) vedlejší řetězce aminokyselin v aktivním(ch) místě(ech) každého enzymu, kde probíhají všechny reakce – BioF je modře a Kbl je zeleně. Červeně a oranžově jsou na stále aktivním(ch) místě(ech) produkty reakcí.
V této studii jsme rozšířili celou záležitost tak, že jsme zahrnuli devět těch nejtěsněji blízkých enzymů vůči BioF, včetně jednoho, o kterém se předpokládá, že může vykonávat chemické reakce jak BioF tak i Kbl. Použili jsme neřízené mutageneze a testovali každou mutaci jednotlivé báze v těchto devíti genech. Žádný z nich nebyl v oblasti ani jediné mutační kooptace. Pokračovali jsme a testovali kooptaci dvou nejvíce podobných enzymů tak, že jsme vygenerovali dvě kombinace mutací na bázích. Poté, co jsme otestovali 70 procent všech možných dvojkombinací mutací na bázích každého enzymu, nebo jinak řečeno, na každé ze 40 miliónů buněk, i to všechno selhalo.
O čem toto hovoří? Pro evoluční scénář, aby vznikl enzym k sepnutí funkcí, prvním krokem je vytvoření záložní kopie, která by mohla být mutována, aniž by byly zničeny pro buňku potřebné funkce. Tím druhým krokem je, aby buňka vyrobila nadbytek mutujícího enzymu, protože vykonat tuto práci napoprvé nedokáže žádný nově vzniklý enzym. Vyrovnat tento handicap lze jen nadprodukcí mnoha enzymů v blízkosti. A to třetí, je problematické náhodným hledáním najít tu správnou kombinaci mutací.
Když to vše dohromady zvážíme, jelikož jsme nenašli žádný enzym, který by byl v oblasti jedné mutační kooptace, celkový počet mutací, který je potřeba, jsou nejméně čtyři; jedna pro duplikaci, jedna pro nadprodukci a dvě či více jednoduchých změn báze. Doba potřebná k dosažení těchto čtyř mutací je 1015 let.
To je víc než věk vesmíru. Ovšem skutečný potřebný čas by byl pravděpodobně mnohem delší, protože dva nejpravděpodobnější kandidáti z enzymů selhali pro kooptaci dvěma mutacemi.
Také jsme nyní odpověděli na dvě námitky ze strany našich kritiků: že jsme netestovali tu správnou mutaci (ty správné mutace) a nepoužili ty správné výchozí podmínky. Testovali jsme všechny možné změny jednotlivých bází v devíti různých enzymech. Těchto devět enzymů je strukturálně nejvíce podobných celé rodině BioF enzymů. Také jsme testovali 70 procent dvojitých mutací ve dvou nejbližších enzymech z těchto devíti.
A ještě pak někdo řekl, že jsme měli použít jako výchozí nějaký původní dávný enzym, protože oni věří, že moderní enzymy už jsou nějak odlišné od těch starodávných. Proč přemýšlejí tímto způsobem? Je to proto, že moderní enzymy nelze kooptovat k ničemu, leda tak k nějakým triviálním změnám ve funkci. Jinými slovy, moderní enzymy se nevyvíjejí!
A to je přesně to, co jsme prokázali.
NAVAZUJÍCÍ ČLÁNEK
(Z www.evolutionnews.org/2014 přeložil M. T. – 02/2015.)
Je evoluce pravdivá? Toto je její logika
V pondělí jsme zveřejnili článek v časopisu BIO-Complexity, který dokládal, že se neřízenými mechanizmy nemohou u enzymů vyvinout úplně nové funkce. Jsme toho názoru, že nejlepším vysvětlením jejich původu je plán vymyšlený a provedený velmi důmyslným inteligentním činitelem. Chci se nyní podrobněji věnovat našim námitkám vůči darwinovské evoluci a argumentům obhajujícím teorii inteligentního plánu. Je to důležité, protože takto vyjde najevo, že evoluční myšlení je převážně logicky nesprávné.
Abych tedy uvedl jen jeden příklad uvažování kritiků inteligentního plánu, ocituji pasáž z jednoho článku, ze kterého jsme čerpali ve své práci (Kherhonsky et al. (2006) Promiskuita enzymů: evoluční a mechanistické aspekty. Current Opinion in Chemical Biology 10: 498-508):
- Podstatným znakem darwinovských procesů, na který se často zapomíná, je, že probíhají pozvolna, přičemž si příslušný organizmus po celou dobu uchovává nezměněnou zdatnost. Z této premisy plyne logický závěr, že od samotného objevení se nejranějších forem života zřejmě po celou dobu jeho existence se na molekulární úrovni nevyvinulo příliš mnoho nového. Spíše byly existující geny modifikovány či „flikovány“ tak, aby se vytvořily nové proteinové struktury a funkce příbuzné strukturám jejich předků. Na rozdíl od scénářů „zčistajasna“ zastávaných školou „inteligentního plánu“, „flikovací“ scénáře závisejí na dostupnosti evolučních výchozích situací. Hypotézu, že široká specificita čili promiskuitní funkce existujících enzymů poskytují takové výchozí situace, zformuloval poprvé Jensen v pojednání, které mnohé inspirovalo. Jensen přišel s myšlenkou, že primitivní enzymy disponovaly na rozdíl od enzymů moderních velmi širokou škálou specifik. Tato katalytická všestrannost umožňovala méně enzymům plnit široké spektrum úkolů nutných k přežívání dávných organizmů. Duplikace genů a divergence pak vedly ke genům specializovaným a ke zvýšení metabolické výkonnosti. Od Jensenovy doby nás struktury více než 30 000 proteinů a sekvence stovek tisíců dalších poučily o tom, že tyto procesy vedly k vytvoření enzymových rodin a nadrodin. Pozůstatky zmíněných divergenčních procesů nacházíme v architektuře lešení i aktivních míst sdílené všemi členy té které rodiny (6).
(duplikace, zdvojení genu=přítomnost dvou kopií genu v genomu. Ve vývoji prý umožnila získání nových vlastností jeho produktu mutací jednoho genu, zatímco druhý „zabezpečoval“ plnění dosavadních funkcí. Pozn. překl.)
Klíčová tvrzení evolucionistů k této otázce jsou tedy ve zkratce tato:
- Evoluce je pravdivá. To znamená, že se u enzymů vyvinuly nové funkce procesem náhodných mutací a přírodního výběru.
- U moderních enzymů se nemohou vyvinout zcela nové funkce náhodnými mutacemi a přírodním výběrem; může u nich docházet k změnám pouze cestou flikování různých vlastností funkcí už existujících.
- Proto tedy musely být pradávné enzymy odlišné; musely být schopné zajistit širokou škálu enzymových aktivit.
- Tyto enzymy prodělaly duplikace a navzájem se rozrůznily a specializovaly.
- Jak víme, že k tomu došlo? Protože dnes pozorujeme velkou řadu enzymů specializovaných. Vysvětlením je evoluce.
Toto však přímo vybízí k otázce, zde je evoluce skutečně pravdivá. Jinak by šlo o tvrzení nepodložené fakty a nefalzifikovatelné. Nikdo totiž nemůže vědět, jak vlastně vypadaly pradávné enzymy a zda opravdu měly tak široká specifika.
Naše argumentace vypadá pro změnu takto:
- Je evoluce pravdivá? Vyzkoušíme to: vyvíjejí se enzymy procesem přírodního výběru a náhodných mutací?
- Moderní enzymy jsou jedinou věcí, na které si to můžeme vyzkoušet.
- Nikdo neví, zda byly prastaré enzymy odlišné. Jsou ztraceny v dávné minulosti, takže tvrzení o jejich údajné promiskuitě či schopnosti vyvíjet se jsou hypotetická a nefalzifikovatelná.
- Moderní enzymy nedokážou vyvinout nové funkce, což dokazují naše vlastní pokusy.
- Neotestovali jsme celý vesmír enzymů, takže naše výsledky jsou omezené, ale oněch devět nejpodobnějších enzymů funkci nezměnilo.
- Náš odhad nejpravděpodobnější čekací doby na to, aby se u nějakého enzymu vyvinula nová funkce, je přinejmenším 1015 let.
- Proto patrně evoluce enzymů není možná.
- Vzhledem k důmyslné stavbě enzymů i úžasné provázanosti jejich aktivit v organizmech je nejlepším vysvětlením původu i současné pestrosti moderních enzymů inteligentní plán.
V našem článku /viz výše/ se můžete s naší argumentací seznámit podrobněji.
Všimněte si, že se oba argumenty shodují v tom, že se u moderních enzymů nemohou vyvinout zcela nové funkce. Rozdíl je v konečném závěru. Evoluční závěr vychází ze svého vlastního předpokladu – – je to had polykající vlastní ocas, nikam to nevede.
Je kuriózní, že zrovna my se opíráme o zásadu uniformitarianismu, na které spočívá veškerá věda. To, co platí pro moderní enzymy, platilo rovněž pro ty pradávné.
Z Wikipedie:
Uniformitarianismus předpokládá, že tytéž přírodní zákony a procesy, kterými se řídí vesmír dnes, fungovaly ve vesmíru i v minulosti po celou dobu jeho existence a fungují ve vesmíru všude. Je v něm zahrnut gradualistický koncept, že „přítomnost je klíčem k minulosti“, a funguje při stejných rychlostech. Uniformitarianismus je klíčovou zásadou geologie a prakticky všech vědních oborů.
Mezitím byl gradualismus geology a paleontology zavržen a ani naše argumentace na něm nestaví. Ale část procesů probíhajících stále stejně však platí: evoluční mechanizmus fungoval vždy stejně, v týchž mantinelech, a enzymy fungovaly vždy stejně a byly ve svých katalytických aktivitách vždy stejně specializované jako dnes, tedy nikoli promiskuitní.
A zde je podstata problému: každý, kdo neuniformitariánský původ enzymů (nebo skupin organizmů) touží obhájit v rámci evoluce, musí pro to vytvořit zcela mimořádný případ, speciální kategorii, aby se mu podařilo evoluční myšlenku zachovat. Evoluční myšlenka je patrně posvátná. Každá hypotéza o dávné minulosti je přijata, umožňuje-li evoluční vysvětlení dnešní pestrosti života a umožňuje-li zbavit se takových faktů, pro které evoluční vysvětlení neexistuje. Důsledkem je, že se články o původu života, evoluci proteinů, původu určitého znaku u zvířat či původu člověka hemží spekulacemi vydávanými za úvahy podporující příslušné tvrzení či dokonce za jasná fakta.
Pochybný charakter zmíněné představy však přetrvává. Vycházíte-li z předpokladu, že je evoluce pravdivá, a nazíráte-li všechny důkazy z tohoto stanoviska, ani si nevšimnete, že se vaše uvažování pohybuje v bludném kruhu (had požírá svůj vlastní ocas).